【正文】 對(duì)實(shí)驗(yàn)室的呂老師表示由衷感謝，他給予了我們很多幫助。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]趙玉山編著，跨導(dǎo)型放大器原理電路應(yīng)用，北京，電子工業(yè)出版社，1995[2]趙玉山，周躍慶，王萍編著，電流模式電子電路，天津，天津大學(xué)出版社，2001年[3]席德勛編著，現(xiàn)代電子技術(shù)，北京，高等教育出版社，1999[4]童詩白，華成英主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社[5]David ,Ken Martin著，曾朝陽，趙陽，方順等譯，模擬集成電路設(shè)計(jì)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2005[6]賽爾吉?dú)W最后詳細(xì)介紹了OTAC有源濾波器的設(shè)計(jì)方法，包括一階低通、高通濾波器和二階濾波器的原理，并用OTA的常用產(chǎn)品設(shè)集成電路實(shí)例，在Multisim 2001中進(jìn)行了仿真，并與電壓型運(yùn)放構(gòu)成的有源濾波器進(jìn)行了仿真比較。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)7 總結(jié)跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器作為一種新興的電子元器件，憑借其優(yōu)良的性能，在電子設(shè)計(jì)中正日益被人們所重視。 電參數(shù)調(diào)節(jié)前的OTAC濾波器的幅頻特性曲線 電參數(shù)調(diào)節(jié)后的OTAC濾波器的幅頻特性曲線比較前后幅頻特性曲線的變化可知，濾波器的直流增益發(fā)生了很大的變化，由此可知通過外部的電調(diào)節(jié)可以方便的改變這個(gè)OTAC二階低通濾波器的參數(shù)，這是OTAC濾波器的一個(gè)很大的特點(diǎn)。，可以通過調(diào)節(jié)跨導(dǎo)運(yùn)放的偏置電流來改變其跨導(dǎo)增益值，調(diào)節(jié)電路相應(yīng)的濾波特性。從仿真圖中可以發(fā)現(xiàn)RC濾波器的截止頻率雖然得到提高，但是它不再具備低通濾波特性，在高頻范圍內(nèi)不能應(yīng)用。 有源RC濾波器與OTAC濾波器高頻性能方面的比較，設(shè)計(jì)出電路圖，： 單運(yùn)放有源RC二階低通濾波器電路圖。但是，通過外部電信號(hào)對(duì)Gm和Gm1的調(diào)節(jié)，ωp和|H(j0)|的數(shù)值可以分別調(diào)節(jié)，這是上面OTAC有源濾波器與傳統(tǒng)的有源RC濾波器的重要不同之處。，GmGmC1組成模擬式（64）的有耗積分——求和電路，GmC2組成模擬式（65）的理想積分電路。下面以單運(yùn)放(OPAMP)有源RC二階濾波器為例，討論有源RC濾波器生成0TAC濾波器設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)。本章首先介紹用有源RC濾波器生成二階OTAC濾波器的方法，然后在仿真軟件中對(duì)兩種濾波器的性能進(jìn)行了比較。 三OTA雙二階濾波器電路原理圖對(duì)上面的電路可以寫出下列公式：　　　 （58）　 （59） （510）　 （511） （512）與雙OTA雙二階濾波器相似，當(dāng)輸入電壓Vi分別作用于一個(gè)或幾個(gè)輸入端時(shí)，傳輸函數(shù)將分別具有不同類型的濾波特性。 雙OTA雙二階濾波器輸入條件與濾波特性表濾波特性類型輸入端接法傳輸函數(shù)VAVBVC低通Vi地地帶通地Vi地高通地地Vi根據(jù)表中內(nèi)容，可得不同特性幅頻響應(yīng)的幅值如下：低通：，帶通：，高通：，此雙OTA雙二階濾波器的極點(diǎn)頻率和極點(diǎn)Q值分別為： （54） （55）當(dāng)滿足條件Gm1=Gm2=Gm時(shí)，ωp、Qp分別為： （56） （57）由以上分析結(jié)果看出，此雙OTA雙二階濾波器電路具有以下特點(diǎn):極點(diǎn)頻率ωp正比于Gm值，因此，改變Gm可對(duì)ωp作線性調(diào)節(jié)；極點(diǎn)Q值為常數(shù)，其值由C1與C2的比值決定，不能用外部電信號(hào)調(diào)節(jié)Q值。這個(gè)電路中包含兩個(gè)OTA和兩個(gè)電容，其中第一個(gè)OTA和電容組成理想積分器，第二個(gè)OTA和電容組成有損耗積分器。 LM13600構(gòu)成的一階高通壓控濾波器幅頻特性曲線山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 二階OTAC濾波器的設(shè)計(jì)和仿真4 二階OTAC濾波器的設(shè)計(jì)和仿真二階濾波器既有廣泛的直接應(yīng)用，又可級(jí)聯(lián)構(gòu)成高階濾波器，因此是十分重要的濾波器基本環(huán)節(jié)。2. CA3080構(gòu)成的一階高通濾波器用CA3080對(duì)上面介紹的一階高通濾波器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行仿真。在Multisim 2001中對(duì)該電路圖進(jìn)行仿真。同相輸入理想積分器的輸出端加一條反饋線，連接到OTA的反相輸入端，便構(gòu)成了一階低通濾波器。另外需要說明的是，在實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)濾波器的通帶、阻帶和過渡帶提出的要求非常嚴(yán)格，這些要求必須用高階濾波器來滿足。① 利用節(jié)點(diǎn)電壓模擬方法，由有源OPAMPRC濾波器生成OTAC濾波器。對(duì)跨導(dǎo)——電容連續(xù)時(shí)間濾被器而言，跨導(dǎo)Gm和電容C的數(shù)值都受工藝參數(shù)和環(huán)境溫度變化的影響而產(chǎn)生變化，引起濾波器參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值。在跨導(dǎo)——電容連續(xù)時(shí)間濾波器中，濾波器的性能參數(shù)(特征頻率、品質(zhì)因數(shù)等)由跨導(dǎo)Gm和電容C這兩個(gè)參數(shù)決定。②電路簡(jiǎn)單、適于集成。由于在通信電路和系統(tǒng)中的應(yīng)用，濾波器的工作頻率越來越高。采用跨導(dǎo)和電容構(gòu)造的有源濾波器通常被簡(jiǎn)稱為OTAC濾波器,所用的跨導(dǎo)放大器可以是雙極型OTA或CMOS跨導(dǎo)器，在集成系統(tǒng)中，多數(shù)是用CMOS跨導(dǎo)器。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合Multisim 2001對(duì)一階、二階有源濾波器進(jìn)行了電路實(shí)例的設(shè)計(jì)和仿真，在學(xué)習(xí)和掌握了一個(gè)新的電子電路設(shè)計(jì)和仿真軟件的同時(shí)，加深了對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的理解，方便了應(yīng)用?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。Multisim 2001是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。本章中一階有源濾波器的設(shè)計(jì)和仿真也為后面二階有源濾波器的設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備工作。分析表明，源耦差分輸入級(jí)能提供低噪聲、低漂移、良好的高頻特性和共模抑制能力，但它的大信號(hào)傳輸特性是非線性的，而且是構(gòu)成CMOS跨導(dǎo)器非線性的主要來源。CMOS跨導(dǎo)器在應(yīng)用中大多工作在開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)，以便用調(diào)節(jié)開環(huán)增益Gm值去控制電路和系統(tǒng)的性能參數(shù)。 CA3080型OTA外引線功能輸入電壓輸出電流電源偏置電流Vi+ViIoV+VIB圓殼八線326745雙列直插八線3267452. LM13600跨導(dǎo)運(yùn)算放大器13600型OTA是跨導(dǎo)運(yùn)放的改進(jìn)型，國(guó)外的型號(hào)LM13600，XR13600，國(guó)內(nèi)的型號(hào)F13600，它是具有線性化輸入二極管和達(dá)林頓緩沖，輸出級(jí)的雙跨導(dǎo)放大器。1. CA3080跨導(dǎo)運(yùn)算放大器CA3080是單跨導(dǎo)運(yùn)算放大器，其跨導(dǎo)增益值的可調(diào)范圍大于3個(gè)數(shù)量級(jí)，偏置電流與跨導(dǎo)增益有良好線性關(guān)系；作電壓跟隨器的轉(zhuǎn)換速率可達(dá)50V／us在177?？鐚?dǎo)器通常分為雙極型和CMOS兩種，下面對(duì)在后面的電路設(shè)計(jì)和仿真中將要用到的幾種跨導(dǎo)型集成運(yùn)放進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。對(duì)這個(gè)理想模型，兩個(gè)電壓輸入端之間開路，差模輸入電阻為無窮大，輸出端是一個(gè)受差模輸入電壓控制的電流源，輸出電阻為無窮大。（3）性能控制：通過控制偏置電流的大小還可使電路的其他電參數(shù)按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)減小偏置電流時(shí)，可降低電路功耗，提高輸入阻抗和減小失調(diào)電流，而當(dāng)增大電流時(shí)則可提高速度和增大輸出電流。 OTA的符號(hào) OTA的傳輸特性用下列方程描述： （31）式中，Io是輸出電流，Vid 是差模輸入電壓，Gm是開環(huán)增益，稱為跨導(dǎo)增益，量綱是西門子（S）?？傊?，與常規(guī)電壓型運(yùn)算放大器比較，跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器的主要性能特點(diǎn)是：輸出電阻高，輸出量是不隨負(fù)載電阻變化的電流；高頻性能好，通頻帶寬；新增加一個(gè)增益控制端，使增益連續(xù)可調(diào)；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)、制造；放大能力較弱，主要應(yīng)用于開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)。4. 增益可控性比較 電壓型集成運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益值很高，在使用這種放大器一般工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，其閉環(huán)特性由反饋網(wǎng)絡(luò)特性決定，而與放大器本身的開環(huán)增益值基本無關(guān)，因此調(diào)節(jié)開環(huán)電壓增益值的大小并沒有意義。2. 電路結(jié)構(gòu)比較 兩種集成運(yùn)算放大器相比較，跨導(dǎo)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多，其輸入級(jí)將電壓輸入信號(hào)變換為電流信號(hào)后，可直接利用后級(jí)晶體管的電流放大作用，將電流信號(hào)放大并傳送到輸出端，不需要象電壓型那樣，在內(nèi)部電路多次進(jìn)行電流——電壓變換，此外，跨導(dǎo)型沒有阻抗變換、電平轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，電路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)實(shí)用運(yùn)算放大器產(chǎn)品，兩種類型都采用差動(dòng)輸入級(jí)和推挽式輸出電路，因此，都具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，這是結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)?？鐚?dǎo)型集成運(yùn)算放大器，這種集成放大器的產(chǎn)品種類和應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和常規(guī)電壓型運(yùn)算放大器相比擬，但是它所具有的一些特殊性能聞益引起人們重視，被認(rèn)為很有應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。 用類似的方法進(jìn)行分析，可以得到開路電壓增益與短路跨導(dǎo)增益及開路跨阻增益之間的關(guān)系式： (215) (216)利用式(214)到式(216)可以獲得任何兩種增益參數(shù)之間的相互關(guān)系。 對(duì)于一個(gè)具體給定的放大器電路，必然屬于上述四種基本放大器之一，且有一種最適合描述它的電路模型。理想跨阻器應(yīng)滿足條件R0=0，RI=0。 跨阻放大器的模型IiRi++RoVoRmoIi在圖24中，Rm0II是增益為Rm0的電流控制電壓源，R0是輸出電阻，RI是輸入電阻。當(dāng)放大器由具有內(nèi)阻RS的電流源IS輸入電流信號(hào)，而在輸出端連接負(fù)載電阻RL時(shí)，其輸出電流增益表達(dá)式分別為： (27) (28) 當(dāng)RL=0時(shí)，AI=Ais。在理想條件下，Gm恒等于Gms，電流增益和功率增益均為無窮大，電壓增益與RL值成正比例變化[4]。當(dāng)在輸入端連接具有內(nèi)阻RS的電壓源VS，而在輸出端接連負(fù)載電阻RL時(shí)，跨導(dǎo)放大器輸出電流和跨導(dǎo)增益的表達(dá)式分別為 (24) (25) 當(dāng)RL=0時(shí)，Gm=Gms。 跨導(dǎo)型放大器 跨導(dǎo)型放大器將電壓輸入信號(hào)放大，提供電流輸出信號(hào)，是一種電流控制的電流源。為了使AV盡可能接近AVO的數(shù)值，RO必須遠(yuǎn)小于RL。電壓放大器在直流(或低頻)。 四種基本類型放大器的性能與模型下面介紹四種基本放大器的簡(jiǎn)單模型，即直流(或低頻)模型，了解四種放大器之間的本質(zhì)區(qū)別和聯(lián)系，這有助于理解電壓模式電路和電流模式電路的基本特性。按照控制量、被控制量是電壓還是電流劃分，存在四種受控電源，即人們熟知的電壓控制電壓源(VCVS)、電壓控制電撓源(VCCS)、電流控制電流派(CCCS)和電流控制電壓源(CCVS)。第5章介紹了二階OTAC有源濾波器的設(shè)計(jì)原理和方法，并用Multisim 2001進(jìn)行了電路實(shí)例的設(shè)計(jì)與仿真。第1章中對(duì)跨導(dǎo)型放大器及與其有關(guān)的電流模式電路結(jié)合其發(fā)展情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。可以預(yù)見，隨著研究工作的深入和技術(shù)發(fā)展，跨導(dǎo)型集成放大器會(huì)運(yùn)用的更加廣泛的，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)得到很大的運(yùn)用。根據(jù)這一理由，跨導(dǎo)型放大器被看作是一種電流模式電路。有源跨導(dǎo)元件一般由單級(jí)電路構(gòu)成，采用單邊電路或?qū)ΨQ式電路結(jié)構(gòu)，不要求增益可調(diào)節(jié)性能[1]。研究結(jié)果顯示，在高頻、高速信號(hào)處理領(lǐng)域，電流模式的電路設(shè)計(jì)方法正在取代電壓模式的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，電流模式電路的發(fā)展和應(yīng)用將把現(xiàn)代模擬集成電路推進(jìn)到一個(gè)新階段。同時(shí)，電源電壓的降低，對(duì)于設(shè)計(jì)高速度的電壓模式電路也會(huì)更加困難。因此，電流模式電路大信號(hào)下的工作速度比電壓模式電路快得多。要求理想電壓信號(hào)放大器應(yīng)具有無窮大輸入阻抗和零輸出阻抗，理想電流信號(hào)放大器應(yīng)具有零輸入阻抗和無窮大輸出阻抗。電流模式設(shè)計(jì)方法是現(xiàn)代模擬集成電路設(shè)計(jì)的重大突破，電流模式電路已經(jīng)成為速度快、頻帶寬、線性好、電壓低的新興模擬集成電路的分支，并且具有廣闊的發(fā)展前景。 近年來，模擬電路的電流模式設(shè)計(jì)方法得到了重視和發(fā)展，并把模擬集成電路推進(jìn)到一個(gè)新階段。但是，隨著被處理信號(hào)的頻率越來越高，電壓型運(yùn)算放大器的固有缺點(diǎn)開始阻礙它在高頻、高速環(huán)境中的應(yīng)用。從而促成了大量電壓信號(hào)處理電路或稱電壓模式電路的誕生和發(fā)展。本章結(jié)合近年來電子電路技術(shù)的新的發(fā)展情況，對(duì)電流模式電路與跨導(dǎo)型放大器的基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展前景作一下大致介紹。那么什么是電流模式電路呢？一般地，我們將電流模式電路定義為：當(dāng)選用電流而不是電壓作為電路的信號(hào)變量，并通過處理電流變量來決定電路的功能時(shí)，就是電流模式電路。因此，在實(shí)踐中，把內(nèi)阻很小的電信號(hào)源作為電壓源，把內(nèi)阻很大的電信號(hào)源作為電流源。 一方面，這些低阻抗節(jié)點(diǎn)上的電壓擺幅很小，另一方面，這些節(jié)點(diǎn)上的阻容時(shí)間常數(shù)很小，在大擺幅電流信號(hào)作用下，晶體管極間電容的充、放電過程可以很快地完成。對(duì)于電壓模式電路，降低電源電壓將直接降低其信號(hào)電壓的最大動(dòng)態(tài)范圍。電流模式電路可以解決電壓模式電路所遇到的一些難題，在速度、寬帶、動(dòng)態(tài)范圍等方面獲得更加優(yōu)良的性能。兩者的主要區(qū)別是：跨導(dǎo)運(yùn)算放大器由多級(jí)電路組成，均采用雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且大多數(shù)具有增益可調(diào)節(jié)性能。這些高性能特點(diǎn)表明，在跨導(dǎo)型放大器的電路中，